Vad är en temperaturgradient?
En temperaturgradient är den gradvisa variationen i temperatur med avstånd. Lutningen på lutningen är konsekvent inom ett material. En gradient upprättas när två material vid olika temperaturer är i fysisk kontakt med varandra. Mätenheter för temperaturgradienter är grader per enhetsavstånd, till exempel ° F per tum eller ° C per meter.
Många temperaturgradienter finns naturligt, medan andra skapas. Jorden är den största temperaturgradienten själv. Temperaturen på jordens kärna uppskattas till cirka 9000 ° F (5000 ° C); det är 6600 ° F (3 700 ° C) vid gränsen mellan kärnan och manteln, medan skorpstemperaturen är cirka 200 ° F (93 ° C). Varje skikt har en temperaturgradient av en annan lutning, beroende på skiktets värmeledningsförmåga.
Det finns ingen temperaturgradient mellan jorden och solen eftersom det inte finns en atmosfär mellan dem. Värmekapacitet är förmågan för ett material att hålla värme. Ett vakuum har noll värmekapacitet.
Konvektion förstör en termisk lutning. När du värmer upp en kastrull sås blir vätskan närmast brännaren den hetaste. Vid omrörning blandas den varma vätskan med kylare vätska, värmen fördelas jämnt och temperaturgradienten upphävs.
Om den är ostörd, kommer konvektiv värmeöverföring att varm vätska stiger och kall faller, och en viss cirkulation kommer att inträffa, även om den inte kommer att vara lika effektiv som aktiv omrörning. Med tiden kommer ledningskrafterna som överför värme från botten att skapa jämvikt med konvektivkrafterna som får vattnet att cirkulera. Om värmekällan är låg kommer cirkulationen att vara långsam, en brant temperaturgradient kan existera och såsen kan brännas på botten. Om värmen är hög, så kokar såsen, värmeöverföring genom konvektion är hög, och temperaturgradienten kommer att vara nära noll.
Isolering används för att fördröja värmeöverföring genom att sätta material med låg värmeledningsförmåga bredvid värmekällan. Isoleringen hjälper till att upprätthålla den termiska lutningen mellan det isolerade föremålet och omgivningsförhållandena. Kaffe förblir varmare i en skumkopp än i en aluminiumkopp eftersom skummet leder värme mindre lätt. På samma sätt kan kaffedrinkaren bränna några fingrar som plockar upp aluminiumkoppen eftersom den termiska lutningen är nära noll och temperaturen på utsidan av koppen är nästan densamma som insidan av koppen.
För att vara stabil måste en termisk gradient ha en konstant värmekälla och en tillgänglig kylfläns. Att upprätthålla konstanta gradienter är sällan viktigt, utom när kemiska reaktioner genomförs. Många industriella processer kräver noggrann värmekontroll. Den levande cellen måste också hålla noggranna värmekontroller för optimal prestanda. Medan forskare förstår hur människokroppen som helhet upprätthåller en temperaturgradient mellan dess kärna och omvärlden, är de tillgängliga alternativen för enskilda celler mindre tydliga.